混凝土结构裂缝控制的综合措施

　　摘要：混凝土结构裂缝是当今工程领域非常难以解决一个问题，本文在汇集混凝土结构裂缝成因的基础上，结合多年来的工程经验，对存在的问题进行了探讨，并提出了裂缝的三阶段控制措施和控制重点。
　　关键词：混凝土结构，裂缝，耐久性，控制措施
　　
　　一、前言
　　混凝土结构具有耐火性好、因地制宜、经济可行等优点，适合我国现阶段国情，因此得到了广泛的应用。但20多年来，混凝土结构工程一直存在着一个相当普遍的问题——裂缝，该问题直接影响到建筑物的正常使用功能和耐久性，这尤其不利于混凝土结构向地下空间和大跨度方向发展。大量的研究和实验结果表明，混凝土结构的裂缝是不可避免的，这与混凝土本身的材料特性及强度增长机理密切相关。因此，目前最重要的是如何控制裂缝的大小、减少导致裂缝产生的各种因素。
　　
　　二、混凝土结构裂缝的危害
　　混凝土结构工程的裂缝问题相当普遍，据统计，十之八九的混凝土工程都存在不同程度的裂缝问题，笔者接触的工程也都有类似的情况，这为正常使用和建筑物的耐久性带来了相当大的麻烦：第一，降低了结构的耐久性、整体性、甚至承载能力。裂缝的普遍存在使得水分侵入结构内部，造成了钢筋腐蚀，如果在结构周围存在侵蚀性介质时，这种危害更为严重；对地下室而言，不论裂缝的大小如何，都会直接影响到地下室的正常使用和耐久性，尤其当地下水位较高时。从另外一个角度而言，裂缝的大量存在，尤其当裂缝宽度较大时，将引起结构内力的重分布或者影响混凝土的承载机理而降低结构的整体性和承载力；第二，影响正常使用。在各类工程中，板面渗水现象极为普遍，混凝土结构板作为防水的最后一道防线，往往因裂缝的存在而丧失了防水功能，然而从耐用期限来看，结构防水具有柔性防水不可比的优势，一方面结构防水期限与结构的使用寿命一致，而柔性防水也不过二十年。
　　三、混凝土结构裂缝产生的原因
　　混凝土结构裂缝产生的原因，现在已经得到了普遍的认可，但不同的分类可得到不同的结论和不同的控制措施。
　　1.裂缝产生的内部因素取决于混凝土材料本身特点和混凝土强度增长机理。混凝土是一种人工复合材料，微观上具有不均质性，其抗拉强度很低，在不大的拉应力作用下就可能出现裂缝。而且混凝土亚微观研究表明，混凝土在承受荷载之前就已经存在着微裂缝，如在混凝土强度增长过程中（即混凝土凝结硬化过程）产生的化学收缩裂缝（比如碱骨料反应裂缝）、凝结硬化过程中水化热产生的温度差所带来的温度裂缝；
　　2.从裂缝产生的外部因素来看主要有三种情况：第一，混凝土成形和强度增长过程中受外部作用影响而产生的裂缝，如混凝土终凝前因表面水分蒸发较快而形成的表面网状裂缝（尤其在风速大、温度高、气候干燥的环境中）；这类裂缝一般常见于施工期间，是由不正确行为或其它潜在因素造成的，结构设计时一般不予考虑，因此可称之为“非正常结构性裂缝”；第二，正常使用阶段由荷载引起的裂缝。第三，混凝土强度形成后，由变形作用引起的裂缝包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝，尤其是温度与不均匀沉降所产生的。如现在混凝土屋面之所以发生普遍的渗水现象就与大面积混凝土屋面的温度积累效应有关。
　　四、混凝土结构裂缝的三阶段控制措施
　　混凝土结构工程的裂缝控制属于开环控制，对于一个具体工程而言，因施工的一次性而不能建立起一个有效的反馈控制系统，这就客观上要求技术人员必须根据工程实际情况综合考虑，具体化每一个潜在的影响因素，做好事前控制，如采取因果分析图、鱼刺图等方法。结合多年来的工程经验，针对混凝土工程施工中普遍存在的问题，笔者认为控制混凝土裂缝应该从以下三个阶段着手（虽然每一个阶段的主体不同，但控制裂缝是一个系统工程，需要各参与方的共同努力）做好事前控制，保证工程的正常使用和耐久性：
　　（一）设计阶段的裂缝控制
　　设计阶段的控制是有效控制混凝土裂缝的基础，设计人员要根据建筑物的使用环境、用途、地质情况、结构构件的重要性及使用部位等因素综合考虑，采用相应的技术保证措施。虽然说现行规范都对设计作了相应的规定，但这些规定毕竟都是基本要求，也缺乏一定的针对性（因为每一个工程都有自己特别的要求）。
　　1.针对产生不均匀沉降的因素，采取“放”与“抗”相结合的控制措施，确保不同承载能力的土体变形的一致性。不均匀沉降的产生原因主要有二种：土质承载力不同和上部荷载分布不均匀，当建筑面积较大或者存在主楼、群楼时这种现象更加明显。一般设计时采用地基加固和设置后浇带的方法，但沉降并不是在施工竣工验收前结束，这是就必须从基础着手保证在使用阶段具有一定抗或者减少这种约束变形的能力，而且有些时候还要设置永久性的沉降缝；
　　2.控制荷载裂缝及荷载次应力裂缝。设计人员除了考虑结构的整体性外还应根据各个结构构件的使用环境、使用部位和重要性等因素确定相应的裂缝控制等级，而不能一概而论。通过整体变形分析加强薄弱部位的技术措施；对于异型构件，由于其受力比较复杂，需要进行单独和整体两种验算；关键部位要有相应的技术保证措施。
　　3.温度是影响混凝土裂缝的重要因素，设计过程中设计人员往往只注意混凝土的厚度带来的温度效应而忽略了面积大所带来的温度累积效应。以混凝土屋面板为例，屋面直接接收阳光照射，而目前常用的屋面材料都具有较强的吸热性能如屋面缸砖。两年来，没有发生渗水现象，效果较明显。屋面裂缝控制还应采取“避”的措施，如屋面使用反光材料或者做出绿色屋面等。
　　（二）混凝土施工阶段的裂缝控制
　　混凝土施工阶段导致裂缝产生的因素很多，为了实现有效控制，建立网络控制图是十分必要的，因为这些因素不仅仅会诱发裂缝的产生，还影响到结构或者施工等其它方面，如大体积混凝土为了降低水化热往往采用粉煤灰水泥，但这不利于早期强度的增长，尤其是冬季施工时；商品混凝土往往要掺加泵送剂，这是为了方便施工，但同时会增加混凝土的收缩性能，若减少泵送剂的用量，将会为施工造成麻烦。建立网络控制图的目的就是明确结构性能、混凝土强度增长、施工工艺等与裂缝控制之间的关系，以利于综合权衡。
　　1.控制原材料质量，选择合适的水泥、外加剂品种，控制配合比。同时，商品混凝土供应前应协同业主、监理方、设计院和施工单位共同商量，在满足混凝土设计强度的前提下，合理化配合比、控制混凝土的含碱量，选择合适的水泥、外加剂品种，优化外加剂的用量，以减少内因产生的裂缝；
　　2模板对混凝土裂缝的影响及控制
　　模板是保证混凝土构件尺寸及形状的工具，但是，如果模板本身没有足够的强度、刚度和稳定性，势必产生混凝土构件的“先天变形”而改变构件的受力情况，尤其对水平构件和压杆构件其影响更大。结果容易产生裂缝。
　　3.钢筋对混凝土裂缝控制的影响
　　钢筋布置是否符合设计图纸要求，影响到结构构件受力时的应力分布，这种情况产生的裂缝在混凝土板中最为常见：一般设计时，板筋直径小、易变形，混凝土浇筑时，易造成板底筋和面筋间距减少的现象，从而降低了板的有效承载力，这也是楼板出现裂缝的一个主要原因。因此严格控制钢筋绑扎和节点部位的钢筋布置，使之符合设计与施工规范要求是保证构件承载力的重要措施。
　　4.保证浇筑的连续性、振捣的密实性和有组织施工。现场浇筑时，往往由于组织不到位、混凝土供应跟不上而造成隐形的施工缝，而且这些施工缝不是事前确定的，大都带有随机性，如果发生在构件剪力较大的部位，就会降低结构构件的有效承载力而产生裂缝。对于大体积混凝土，要采取合理的浇筑方案，分层浇筑时应保证分层处混凝土的整体性（如分层处设加强筋），并做好温控措施。
　　（三）混凝土强度形成阶段的裂缝控制
　　1.采取针对性的养护措施，确保混凝土强度的正常增长。多年来的研究和工程实践证明：混凝土强度增长期间，需要水分的不断补充。针对性的养护措施应该根据水泥品种、外加剂的品种和用量、配合比及施工环境等因素综合考虑，尽量减少不利于混凝土强度增长的因素，以降低强度增长期间产生的微裂缝。
　　2.确保拆模时，混凝土构件强度达到规范规定的施工强度要求。拆模过早易引起混凝土构件的变形，改变构件的受力情况。关于同条件养护，新的混凝土结构工程施工验收规范有明确的规定，这里不再多说。
　　3.防止混凝土构件，尤其是楼板过载。由于此阶段混凝土强度还没有完全形成，承载能力有限，过量的堆载会产生同“过早拆模”一样的结果，造成结构上的隐患，因此该阶段应该控制新浇混凝土楼面上的堆载，尤其是集中荷载，使之既能保证正常施工，又不产生不良影响。
　　
　　五、结束语
　　本公司在监理项目时，就采取了这种控制方法。项目监理部结合项目的特点通过详尽的分析，把混凝土裂缝的影响因素按照实施主体和实施阶段进行划分，并通过一系列的协调工作明确了责任归属。从实施效果来看，这种控制混凝土裂缝的方法是可行的。
　　
　　参考文献：
　　1罗季英，冷发光等.商品混凝土地裂缝问题及限制收缩开裂研究.中南水力发电.2001.6.
　　2闫文生.大体积混凝土裂缝的原因及防治.铁道标准设计.2001.3.
　　3王铁梦.工程结构裂缝控制.北京：中国建筑工业出版社.1997.
　　4傅沛兴.混凝土化学反应裂缝及防治.建筑技术.2002.1.